CN102107208A - 一种修复矿区重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

一种修复矿区重金属污染土壤的方法，是将赤泥、骨炭中的一种或两种与污染土壤进行混合；赤泥和骨炭的加入量分别为每100克污染土壤加入2-5克。本发明采用材料来源广泛、价值低廉的骨炭与赤泥，向污染土壤中添加后与土壤中的铅和锌发生化学反应(沉淀、吸附、络合、氧化-还原等)，形成稳定的化合物，降低土壤中铅和锌的生物有效性，以达到治理土壤铅锌污染的目的。

Description

一种修复矿区重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明属于矿区重金属污染土壤治理与修复技术，具体地说涉及一种修复矿区重金属污染土壤的方法。

背景技术

重金属污染土壤的修复主要基于两个策略：在土壤中固定与从土壤中去除。重金属污染土壤的修复技术从大的方面主要分为两类：原位修复(insitu remediation)和异位修复(ex situ remediation)。金属矿区及周边地区的重金属污染土壤修复一般采用原位修复的方式，主要包括物理技术：客土和翻土法(Soil caping)、热处理分离(Pyrometallurgical separation)、动电修复(Electrokinetice technology)，、隔离包埋(Isolation and containment)等；生物修复技术：植物修复(Phytoremediation)、微生物修复(Microremediation)、堆肥(Comosting)等；化学技术：化学固定(Chemicalimmobilization)、化学淋洗(Chemical washing)、化学氧化/还原(Chemicaloxidation/reduction)等。

传统修复技术(挖掘填埋)高成本和占用土地量大的特点限制了其在污染场地修复中的广泛应用，逐渐被成本低、对周围环境扰动下、社会可接受程度高的原位化学固定技术所取代。原位化学固定指的是向污染土壤中添加某一类或几类化学添加剂，通过吸附、沉淀或共沉淀、离子交换等机理来改变重金属在土壤中的赋存形态，降低重金属的移动性和生物有效性从而减少重金属对环境和人体危害的一种修复技术。原位固定技术的关键在于针对污染土壤的特性选择合适的固化剂，常用的固化剂一般为经济成本较低的矿物和工业副产物，如生石灰、磷酸盐及其矿物、铝硅酸盐、铁锰氧化物、沸石、污泥、堆肥等，研究发现这些固化剂可以有效固定土壤中的铅、镉、铜、锌、砷等重金属。

赤泥(Red mud或bauxite residue)是制铝工业从铝土矿中提取氧化铝后的副产物，大量堆存占用大量土地，因此赤泥的环境友好利用是近年来研究的一个热点。赤泥可以应用作为工业废气、废水处理的絮凝剂和吸附剂，还可作为某些产品生产工艺的催化剂，已在水处理、化工等领域获得应用。骨炭(Bone char)是由动物骨骼经炭化去除全部有机物后的产品，主要成分为羟基磷灰石【Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂】。骨炭用于去除饮用水中的氟化物在国内外已有较多报道，而且正在成为比较成熟的技术。利用经济价值低廉的赤泥、骨炭进行重金属污染土壤的修复治理，无论从治理效率、治理费用、现场可操作性及环境风险方面考虑都具有很高的实用价值和应用前景。

我国重金属污染的土壤已达2000万hm²，占总耕地面积的1/6，因工业“三废”污染的农田达700万hm²，导致每年粮食减产100亿kg。我国矿产资源丰富，改革开发以来矿产资源的勘查开发取得了巨大的成就，同时采矿、冶炼也造成了矿区及周边地区土壤等表生环境严重的重金属污染。我国西南和中部地区，特别是云南、江西、湖南、贵州和广西等省区，由于采矿与金属冶炼造成矿区及周边地区土地严重的重金属污染，造成大片土地不适于耕种，对当地的生态环境与人民身体健康构成严重威胁，妨碍了农业生产。我国因采矿破坏的土地约有9000万亩，每年有百万亩新增的废弃地得不到及时复垦。随着我国蕴藏丰富的铅锌矿的累年开采，矿渣、选矿、冶炼及电镀等工业废水不断排放到周围环境中，造成周边土壤中Pb、Cd等重金属污染严重，受重金属不同程度污染的农田面积就达90.6万hm²。以有色金属之乡湖南为例，由有色金属矿山引起的铅、镉、汞、砷等重金属污染面积达2.8万km²，占全省总面积的13％。部分地区土壤中铅、镉、汞、砷高出正常值数倍至数百倍，有的地方甚至出现了地方病。2009年我国相继发生了多起血铅中毒事件，80％事件与周围矿山矿产的开采与冶炼活动有关。

矿山尾砂坝坍塌是矿山开采活动中一种较常见的事故，其直接导致尾砂坝中的污染物迁移和扩散，造成下游大面积的土地污染，使下游土地的重金属含量升高，土壤酸化。1985年，湖南郴州柿竹园矿区尾砂坝坍塌，致使尾砂冲入东河两岸农田，在农田中的尾砂被清理后其土壤的As和Cd含量仍然高达709和7.6mg·kg^-1。2001年，广西大环江上游的铅锌硫铁矿山的尾砂坝坍塌，尾砂冲入沿江的农田土壤中，导致沿江大面积农田重金属污染。金属矿区及周边地区污染土壤的修复是我国当前生态环境领域亟待解决的突出问题，对保证粮食安全与食品安全，促进生态文明建设具有重大意义。

目前用于修复矿区重金属污染土壤的实用、可靠和成熟的方法技术不多，探讨高效、经济、实用的重金属污染土壤的治理技术将是摆在业者面前的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种修复矿区重金属污染土壤的方法。

为实现上述目的，本发明提供的修复矿区重金属污染土壤的方法，是将赤泥、骨炭中的一种或两种与污染土壤进行混合；赤泥和骨炭的加入量分别为每100克污染土壤加入2-5克。

本发明采用材料来源广泛、价值低廉的骨炭与赤泥，向污染土壤中添加后与土壤中的铅和锌发生化学反应(沉淀、吸附、络合、氧化-还原等)，形成稳定的化合物，降低土壤中铅和锌的生物有效性，以达到治理土壤铝锌污染的目的。

具体实施方式

基本材料准备：

A)赤泥(Red Mud)购自山东铝业股份有限公司，应用前过100目筛待用。

B)骨炭(Bone Char)购自山东滕州化工厂，应用前过50目筛待用。

C)污染土壤  采自广西环江县大环江沿江尾砂坝坍塌所致重金属污染农田0～20cm土壤，铅含量816.87mg·kg^-1，锌含量614.20mg·kg^-1，pH＝3.66。采回后风干，过2mm筛备用。

D)试验用容器采用可装100g土的塑料杯

培养系统的建立：

按赤泥、骨炭的不同添加方式共设4个处理：

(1)不加赤泥、骨炭的处理(CK)；

(2)2％赤泥(质量比)添加处理(2RM)；

(3)2％骨炭添加处理(2BC)；

(4)2％赤泥+2％骨炭添加处理(2R2B)。

试验用容器为小塑料杯，每杯装土100g，按设计用量与添加方式加入赤泥或骨炭，与土充分混匀，试验重复9次，共36盆。

培养过程：

试验在25±2℃的恒温培养间内进行，每隔一天用去离子水给土壤补充水分，使土壤水分达到田间持水量的60％左右(重量含水量约为15％，采用称重法补充水分)。分别在1、2、3个月后取出部分重复，然后风干土壤，过0.25mm筛，采用原欧洲共同体参考物质署指导制定的标准三步分级提取法(BCR法)研究添加赤泥、骨炭对土壤中铅和锌的固定效果。

发明效果

BCR分级提取方法将土壤中重金属的形态人工操作定义为三种形态：B1态为醋酸提取态；B2态为铁锰氧化物结合态；B3态为有机物和硫化物结合态；B4态为残渣态。

醋酸提取态代表了土壤中重金属易移动性部分，这部分形态的重金属在土壤中具有较高的生物有效性，其含量与占总量的比例可以较好的评估重金属的迁移性和生物有效性。

经过试验发现无论是单一添加赤泥、骨炭还是赤泥和骨炭复合添加均显著降低了土壤中醋酸提取态铅、锌含量(表1和表2)，有效固定了土壤中的铅和锌，降低了土壤中铅和锌的移动性与生物有效性。比较不同处理间的作用效果发现，骨炭单一添加较赤泥单一添加、赤泥和骨炭复合添加较单一添加更有效的固定了土壤的铅。培养结束后，2％赤泥处理、2％骨炭处理、2％赤泥+2％骨炭处理的醋酸提取态铅含量分别比对照下降54.5％、83.7％和93.7％(表1)。对于锌，未发现赤泥和骨炭复合添加较单一添加具有更好的固定效果，但赤泥单一添加较骨炭单一添加能更有效的固定土壤中的锌。培养结束后，2％赤泥处理、2％骨炭处理和2％赤泥+2％骨炭处理醋酸提取态锌含量分别比对照下降59.7％、20.2％和66.1％(表2)。总结培养1、2、3个月后各处理的实验结果，发现无论是单一添加赤泥、骨炭还是赤泥和骨炭复合添加均显著降低了土壤中醋酸提取态铅和锌含量占总量的比例，促进了土壤的铅和锌从高迁移性形态向低迁移性形态转化，降低了土壤中铅和锌的生物有效性(图1和图2)。对于铅，发现骨炭单一添加较赤泥单一添加、赤泥和骨炭复合添加较单一添加更有效的促进这一转化。对于锌，赤泥单一添加较骨炭单一添加更有效促进这一转化。

综上所述，经过不同赤泥和骨炭处理后，土壤中铅的生物有效性降低54.5-93.7％，锌的生物有效性降低20.2-66.1％。因此，赤泥和骨炭可以作为修复矿区重金属污染土壤的理想材料，它们可以固定土壤中的铅和锌，促进土壤中铅和锌从高迁移性形态向低迁移性形态的转化，降低铅和锌通过食物链进入作物和人体的风险。

表1：赤泥和骨炭对土壤酸提取态Pb含量的影响

注：同列不同字母表示Duncan检验多重比较处理间差异显著(P＜0.05)，下同。

表2：赤泥和骨炭对土壤酸提取态Zn含量的影响

Claims (2)

1.一种修复矿区重金属污染土壤的方法，将赤泥、骨炭中的一种或两种与污染土壤进行混合。

2.如权利要求1所述的方法，其中，赤泥和骨炭的加入量分别为每100克污染土壤加入2-5克。